[发明专利]一种高强高导热铝硅合金及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于有色金属成形加工领域，具体涉及一种高强高导热铝硅合金及其制备方法。

背景技术

铝硅合金因具有结晶温度间隔小、凝固潜热和比热容大以及线收缩系数、热裂和缩松倾向低的特点，使其铸造性能优于其它铝合金，且由于铝硅合金共晶体有良好的塑性，能很好地兼顾力学性能和铸造性能两方面的要求，成为目前应用最为广泛的铸造合金；其中的亚共晶铝硅合金不仅具有优异的铸造性能，而且还具有良好的加工性、焊接性能和导热性能，在航空航天、交通运输、电力通讯等领域得到了广泛的应用；

随着最近几年电力通讯领域中LED照明灯具和通信设备的快速发展,现有铝硅合金的导热和强度性能已不能满足LED照明灯具和通信设备对制备材料的性能要求，如何用导热和强度性能适宜的铝硅合金作为制备材料于有限的空间和质量内来实现有效散热以保证灯具和设备的安全性和可靠性，成为目前LED照明灯具和通信设备相关产品设计的瓶颈所在；

因此，需要提供一种高强高导热铝硅合金来满足LED照明灯具和通信设备的制备材料对导热和强度的性能要求以保证灯具和设备使用的可靠性和安全性。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供一种高强高导热铝硅合金及其制备方法和应用，所述铝硅合金能够满足LED照明灯具和通信设备的制备材料对导热和强度的性能要求，大大提高了LED照明灯具和通信设备使用的安全性和可靠性。

本发明通过如下技术方案实现：

一种高强高导热铝硅合金，所述铝硅合金由按重量百份比计的下述组份组成：Si 7-9％、Ni 0.1-2％、Mg＜0.1％、Cu＜0.1％、Fe 0.5-1％、Mn＜0.1％，其余为Al和不可避免的杂质。

优选的，所述铝硅合金由按重量百份比计的下述组份组成：Si 7-8％、Ni 0.5-2％、Mg 0.05-0.08％、Cu 0.03-0.07％、Fe 0.7-1％、Mn 0.06-0.09％，其余为Al和不可避免的杂质。

优选的，所述铝硅合金包括Sr 0.005-0.1％。

优选的，所述铝硅合金包括Ca 0.01-0.2％。

优选的，所述铝硅合金包括B 0.01-0.1％。

一种所述的高强高导热铝硅合金的制备方法，包括如下步骤，

S1-熔炼：

S1-1：于700-850℃下在熔炼容器中加入含铝量≥99.7％的工业纯铝及铝硅中间合金，待完全熔化后按配比以中间合金形式加入其他合金元素，混合形成熔体；

S1-2：对所述熔体以惰性气体进行除气精炼处理，静置10-60min后扒去浮渣；

S2-铸造：于模具中以1-200℃/S冷却速度浇铸扒渣后的熔体，制得φ50×70mm的圆饼铸体；

S3-热处理：对所述铸体于150-400℃下保温0.5-3h后冷却。

优选的，所述精炼处理的时间和温度分别为10-30min和700-850℃。

优选的，所述热处理中的冷却速度为0.5-10℃/min。

优选的，所述的铝硅合金作为LED照明灯具和通信设备的制备材料的应用。

本发明的技术方案中各元素的作用及机理如下：

Si：Al-Si合金的共晶点为12.6％，合金中Si含量7-9wt.％时可以保证合金在铸造时具有良好的流动性和力学性能，同时Si含量在此范围内的铝硅合金具有优异的导热性能。

Ni：常温下Ni在Al的固溶度甚低，基本忽略其强化作用，对合金导电率影响极小。同时Ni与Al能形成Al₃Ni的化合物,适量的Ni元素以及Al₃Ni以质点相形式弥散分布在Al基体上，可以起到强化Al-Si合金的作用；当Ni元素过量时，Al₃Ni以条状或块状形存在在Al基体上，此时Ni表现出减弱强化效果的作用；因此，本发明提供的铝硅合金的Ni含量控制在0.1-2％，此时，Ni元素对Al-Si合金的强化作用最明显，且有利于Al-Si合金的膨胀系数降低和耐热性的提高。

Fe和Mn：合金中的Fe和Mn都具有促进零件脱模的作用，但Fe含量过高或控制不当会形成粗大针状的化合物相，严重降低合金的力学性能；Mn元素能改善合金中含Fe相的形貌，降低Fe的有害作用，但是Fe和Mn均能降低合金导热性；因此，需严格控制合金中的Fe和Mn的含量，本发明提供的铝硅合金的Fe和Mn含量分别控制在Fe0.5-1％和Mn<0.1％，此时，铝硅合金的力学性能和导热性能最佳。